CA2805619C

CA2805619C - Direction estimation process for the arrival of navigation signals on a receptor after reflection on the walls in a satellite positioning system

Info

Publication number: CA2805619C
Application number: CA2805619A
Authority: CA
Inventors: Michel Monnerat; Lionel Ries
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES; Thales SA
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES; Thales SA
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2019-12-10
Anticipated expiration: 2033-02-08
Also published as: CA2805619A1; SG193104A1; RU2615984C2; FR2986870A1; US9229111B2; RU2013105445A; US20140125521A1; EP2626723B1; FR2986870B1; PL2626723T3; EP2626723A1; ES2559855T3

Abstract

Le procédé consiste à estimer une position du récepteur (4), disposé à bord d'un mobile, à partir des signaux de navigation émis par des satellites (51, 52, 5n) reçus par une antenne d'un réseau d'antennes placé sur le mobile et à utiliser une carte géographique tridimensionnelle pour déduire, géométriquement, à partir de la position du récepteur (4) et d'un lancé de rayon partant du récepteur, le nombre de trajets réfléchis (15d) sur des parois de bâtiments (12a, 12b) présentes dans une scène correspondant à un environnement entourant le récepteur (4). Le nombre de trajets réfléchis ainsi déterminé est utilisé pour initialiser un algorithme d'estimation des angles d'arrivée de multi-trajets permettant d'en déduire les angles d'arrivée des trajets réfléchis sur les parois avant d'atteindre le récepteur (4). Optionnellement, le procédé peut comporter en outre une étape permettant de borner l'erreur d'information de distance due à un multi-trajet afin de rendre l'estimation de direction d'arrivée des signaux plus performante. L'invention s'applique à un système de positionnement par satellite.The method consists of estimating a position of the receiver (4), arranged on board a mobile, from the navigation signals transmitted by satellites (51, 52, 5n) received by an antenna of an antenna network placed on the mobile and using a three-dimensional geographic map to deduce, geometrically, from the position of the receiver (4) and a ray cast starting from the receiver, the number of reflected paths (15d) on building walls ( 12a, 12b) present in a scene corresponding to an environment surrounding the receiver (4). The number of reflected paths thus determined is used to initialize an algorithm for estimating the angles of arrival of multi-paths making it possible to deduce the angles of arrival of the paths reflected on the walls before reaching the receiver (4) . Optionally, the method can also include a step making it possible to limit the distance information error due to a multi-path in order to make the estimation of direction of arrival of the signals more efficient. The invention applies to a satellite positioning system.

Description

Procédé d'estimation de la direction d'arrivée de signaux de navigation sur un récepteur après réflexion par des parois dans un système de positionnement par satellite La présente invention concerne un procédé d'estimation de la direction d'arrivée de signaux de navigation sur un récepteur après réflexion par des parois dans un système de positionnement par satellite. L'invention s'applique à tout système de positionnement par satellites utilisant des récepteurs de type GNSS (Global Navigation Satellite System) tels que des récepteurs GPS (Global Positioning System) ou Galileo et permet d'améliorer la réjection des multi-trajets dans un système de positionnement par satellite.
Dans un système de positionnement par satellites utilisant un récepteur du type GNSS disposé à bord d'un mobile, les signaux de données permettant au récepteur de calculer son positionnement proviennent de différents satellites appartenant à une constellation de satellites de positionnement. La constellation comporte au moins quatre satellites pour déterminer quatre inconnues correspondant aux coordonnées géographiques x, y, z et temporelles t du récepteur. Le positionnement du mobile par le récepteur est réalisé en deux étapes. Dans une première étape, le récepteur fait l'acquisition de signaux radioélectriques constituant des signaux de navigation provenant des quatre satellites de la constellation et dans une deuxième étape, le récepteur évalue les distances séparant le mobile des quatre satellites dont les signaux ont été reçus et détermine la position du mobile en utilisant un procédé
par triangulation.
Une erreur commise sur la position d'un mobile peut avoir des conséquences désastreuses dans une application concernant l'aviation civile ou le péage routier géo-localisé.
Il existe de nombreuses sources d'erreur de positionnement pouvant entacher la validité des informations de position déterminées par un système de positionnement par satellite. Une erreur de positionnement peut être due à Method for estimating the direction of arrival of navigation signals on a receiver after reflection by walls in a system of satellite positioning The present invention relates to a method for estimating the direction of arrival of navigation signals on a receiver after reflection by walls in a satellite positioning system. The invention applies to any satellite positioning system using GNSS (Global Navigation Satellite System) type receivers such as GPS (Global Positioning System) or Galileo receivers and improves rejection of multipaths in a positioning system by satellite.
In a satellite positioning system using a receiver of the GNSS type placed on board a mobile, the data signals allowing the receiver to calculate its positioning come from different satellites belonging to a constellation of positioning satellites. The constellation has at least four satellites to determine four unknowns corresponding to the geographic coordinates x, y, z and time t of the receiver. The positioning of the mobile by the receiver is carried out in two stages. In a first step, the receiver does acquisition of radio signals constituting navigation signals from of the four constellation satellites and in a second step, the receiver evaluates the distances separating the mobile from the four satellites including the signals have been received and determines the position of the mobile using a process by triangulation.
A mistake made on the position of a mobile can have disastrous consequences in an application concerning civil aviation or the geo-located road toll.
There are many sources of positioning error that can taint the validity of position information determined by a system satellite positioning. A positioning error may be due to

2 un problème technique sur la réception des signaux GNSS, tel que par exemple une défaillance du récepteur ou une défaillance des informations transmises par la constellation de satellites utilisée. La fiabilité de la position déterminée par un système de positionnement par satellite dépend également de l'environnement dans lequel se trouve le mobile.
Dans le cas d'une application aéronautique concernant l'aviation civile, le récepteur n'est contraint par aucun obstacle, de sorte que les signaux radioélectriques sont reçus directement des satellites, sans réflexion sur aucune paroi. Dans ce cas, il existe des systèmes SBAS (en anglais : Satellite-Based Augmentation Systems) permettant de fournir une information de confiance relative à la position calculée par le récepteur d'un mobile aéronautique. Les systèmes SBAS contrôlent et bornent en permanence les erreurs commises sur l'orbite des satellites, sur la synchronisation de chaque satellite avec la référence horaire des constellations et les erreurs induites par la propagation des signaux radioélectriques en haute atmosphère et en particulier dans l'Ionosphère. Les informations fournies par un système SBAS
permettent au récepteur du mobile aéronautique de fournir la position du mobile ainsi qu'une borne d'erreur de position.
Les applications de péage routier géo-localisé consistent à déterminer la route empruntée par un mobile terrestre muni d'un récepteur GNSS et à
facturer un utilisateur du mobile terrestre lorsque la route empruntée est soumise à un péage. La facturation dépendant de la route utilisée, le récepteur doit délivrer deux informations complémentaires concernant d'une part, la position du mobile et d'autre part, la trajectoire du mobile. Ces informations donnant lieu à une facturation, il est également nécessaire de déterminer une information de confiance concernant la trajectoire utilisée.
Cependant, dans le cas d'une application concernant le péage routier géo-localisé, les conditions de réception des signaux radioélectriques sont beaucoup plus complexes, et beaucoup moins maitrisées que dans le cas 2 a technical problem with the reception of GNSS signals, such as example receiver failure or information failure transmitted by the constellation of satellites used. The reliability of the position determined by a satellite positioning system also depends of the environment in which the mobile is located.
In the case of an aeronautical application concerning civil aviation, the receiver is not constrained by any obstacle, so that the signals radio signals are received directly from satellites, with no reflection on no walls. In this case, there are SBAS systems (in English: Satellite-Based Augmentation Systems) to provide information on confidence relative to the position calculated by the receiver of a mobile aeronautics. SBAS systems continuously monitor and limit the errors committed on the orbit of the satellites, on the synchronization of each satellite with hourly reference of constellations and induced errors through propagation of radio signals in the upper atmosphere and particular in the Ionosphere. Information provided by an SBAS system allow the aeronautical mobile receiver to provide the position of the mobile as well as a position error terminal.
Geo-localized road toll applications consist in determining the route taken by a land mobile equipped with a GNSS receiver and bill a land mobile user when the route taken is subject to a toll. The billing depends on the route used, the receiver must deliver two additional pieces of information firstly, the position of the mobile and secondly, the trajectory of the mobile. These information giving rise to invoicing, it is also necessary to determine a piece of confidence information concerning the trajectory used.
However, in the case of an application concerning the road toll geo-localized, the conditions for receiving radio signals are much more complex, and much less controlled than in the case

3 d'une application aéronautique. Il est alors beaucoup plus difficile de borner l'erreur de position déterminée par le récepteur.
En milieu urbain, les signaux de navigation émis par l'un ou par deux ou trois des satellites de la constellation peuvent par exemple être arrêtés par des immeubles et ne pas parvenir jusqu'au récepteur du mobile. Dans ce cas, la géométrie de l'ensemble des satellites utilisés pour calculer la position du mobile est affectée ce qui peut rendre le calcul de la position du mobile impossible.
De même, dans un milieu terrestre peu favorable, les signaux de navigation émis par un satellite de la constellation peuvent se réfléchir sur certaines parois avant d'atteindre le récepteur. Ce phénomène, appelé multi-trajet, a un impact important sur la précision de la position calculée par le récepteur. En effet, le chemin mesuré par le récepteur est alors plus long que la distance séparant le mobile du satellite correspondant. Il en résulte une .. erreur sur le procédé de triangulation et donc sur la position du mobile.
Dans ce cas la conséquence est double car d'une part, l'erreur de position est importante et d'autre part, le récepteur n'a aucun moyen de savoir qu'il a commis une erreur, ni d'évaluer l'erreur commise. Or les erreurs commises par le récepteur peuvent induire une erreur de jugement quant à la route empruntée et par conséquent induire une fausse facturation.
Il existe des méthodes de réjection des multi-trajets consistant à
utiliser un réseau d'antennes de réception et à analyser le signal reçu par chacune des antennes du réseau pour déterminer les angles d'arrivée de signaux réfléchis par des parois avant d'arriver sur le récepteur. Un exemple de ce type de méthode est décrit notamment dans le document [Multipath mitigation methods based on antenna array, S. Rougerie, ION NTM 2011].
Cependant ces méthodes souffrent d'un handicap très fort dû à la longueur d'onde des signaux considérés. En effet, dans un tel réseau d'antennes, la distance séparant 2 antennes doit être supérieure à la moitié de la longueur d'onde du signal reçu. Une des techniques de réjection classiquement considérée, consiste à former le faisceau d'antenne dans la direction 3 of an aeronautical application. It is therefore much more difficult to limit the position error determined by the receiver.
In urban areas, navigation signals from one or two or three of the constellation's satellites can for example be stopped by of the buildings and do not reach the receiver of the mobile. In this case geometry of all the satellites used to calculate the position of the mobile is affected which can make the calculation of the position of the mobile impossible.
Similarly, in an unfavorable terrestrial environment, the signals of navigation from a constellation satellite can reflect on certain walls before reaching the receiver. This phenomenon, called multi-path, has a significant impact on the accuracy of the position calculated by the receiver. Indeed, the path measured by the receiver is then longer than the distance separating the mobile from the corresponding satellite. This results in a .. error on the triangulation process and therefore on the position of the mobile.
In this case the consequence is twofold because on the one hand, the position error is important and secondly the receiver has no way of knowing that it has committed an error, nor to assess the error made. The errors made by the receiver may cause an error in judgment as to the route borrowed and therefore induce false invoicing.
There are multi-path rejection methods consisting of use an array of receiving antennas and analyze the signal received by each of the antennas of the network to determine the angles of arrival of signals reflected by walls before reaching the receiver. An example of this type of method is described in particular in the document [Multipath mitigation methods based on antenna array, S. Rougerie, ION NTM 2011].
However these methods suffer from a very strong handicap due to the length wave of the considered signals. Indeed, in such an array of antennas, the distance separating 2 antennas must be greater than half the length of the received signal. One of the conventional rejection techniques considered, is to form the antenna beam in the direction

4 d'arrivée du signal émis par un satellite, ce qui permet de réduire le gain d'antenne dans la direction des réflexions potentielles présentant un angle d'arrivée différent de celui pointant dans la direction du satellite considéré. La directivité d'un tel réseau d'antennes dépend directement du nombre .. d'antennes utilisé. Une grande directivité, permettant une réjection efficace, nécessite un grand nombre d'antennes, et par suite une grande taille du réseau.
Dans de nombreuses applications, comme des applications de géo-localisation de véhicules, la taille des réseaux est contrainte, et ne peut admettre un grand nombre d'antennes.
Dans ce cas, des méthodes d'identification d'angle d'arrivée des réflexions de signaux sont mises en oeuvre pour atténuer le faisceau dans la ou les directions identifiées. Cependant ces méthodes souffrent de plusieurs problèmes de performances. Comme le montre le document [Multipath mitigation methods based on antenna array, S. Rougerie, ION NTM 2011], un premier problème concerne le processus d'estimation des angles d'arrivée de signaux réfléchis qui nécessite une hypothèse quant au nombre de réflexions à estimer. De l'exactitude de cette hypothèse dépend la performance du processus d'estimation des angles d'arrivée et par suite la performance du processus de réjections des multi-trajets et de leurs impacts sur la qualité de mesure de distance en ligne vue séparant le récepteur du satellite. Un second problème concerne la qualité de la calibration du réseau d'antennes, à savoir la connaissance de la distance exacte séparant les différentes antennes les unes des autres. La performance d'estimation des angles d'arrivée des signaux réfléchis dépend de l'exactitude de cette information.
L'invention a pour but de résoudre ces problèmes et de proposer un procédé d'estimation de la direction d'arrivée de signaux de navigation réfléchis dans un système de positionnement par satellite permettant d'améliorer la réjection des multi-trajets et permettant d'améliorer la qualité

d'une mesure de distance de séparation entre un récepteur GNSS et au moins un satellite de la constellation et d'améliorer ainsi la qualité de la mesure de la position du récepteur GNSS situé à bord d'un mobile. 4 signal received from a satellite, which reduces the gain antenna in the direction of potential reflections with an angle arrival point different from that pointing in the direction of the satellite considered. The directivity of such an antenna array directly depends on the number .. of antennas used. High directivity, allowing rejection effective, requires a large number of antennas, and consequently a large size of the network.
In many applications, such as geo-applications location of vehicles, the size of the networks is constrained, and cannot admit a large number of antennas.
In this case, methods of identifying the angle of arrival of the reflections signals are used to attenuate the beam in the one or more directions identified. However, these methods suffer from several performance issues. As shown in the document [Multipath mitigation methods based on antenna array, S. Rougerie, ION NTM 2011], a first problem concerns the process of estimating angles arrival of reflected signals which requires an assumption as to the number reflections to estimate. On the accuracy of this assumption depends the performance of the process of estimating the angles of arrival and consequently the performance of the multi-path rejection process and its impacts on the quality of online distance measurement seen separating the receiver from the satellite. A second problem concerns the quality of the network calibration antennae, namely the knowledge of the exact distance separating the different antennas from each other. The estimation performance of angles of arrival of reflected signals depends on the accuracy of this information.
The object of the invention is to solve these problems and to propose a method for estimating the direction of arrival of navigation signals reflected in a satellite positioning system allowing to improve multi-path rejection and to improve the quality a separation distance measurement between a GNSS receiver and minus a constellation satellite and thus improve the quality of the measurement of the position of the GNSS receiver located on board a mobile.

5 Pour cela, l'invention concerne un procédé d'estimation de la direction d'arrivée de signaux de navigation réfléchis par des parois avant d'arriver à
un récepteur d'un système de positionnement par satellite GNSS, le système de positionnement comportant au moins un satellite apte à émettre des signaux de navigation, le récepteur, placé dans un mobile, étant apte à
recevoir les signaux de navigation et à estimer la position dudit récepteur, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
a. placer un réseau d'antennes comportant au moins deux antennes sur le mobile, b. placer une carte géographique tridimensionnelle dans le récepteur du mobile, c. estimer une position du récepteur à partir des signaux de navigation reçus par une antenne du réseau d'antennes, d. à partir de la carte géographique tridimensionnelle et de la position estimée du récepteur, à se positionner sur une scène correspondant à un environnement dans lequel se trouve le récepteur et à réaliser un lancé de rayon partant du récepteur, e. déduire, géométriquement, à partir du résultat du lancé de rayon, le nombre de trajets réfléchis sur des parois présentes dans la scène, f. sélectionner un algorithme d'estimation des angles d'arrivée de multi-trajets, les multi-trajets correspondant à des signaux réfléchis par des parois, initialiser cet algorithme par le nombre de trajets réfléchis déterminés à l'étape e et en déduire les angles d'arrivée des trajets réfléchis sur les parois. 5 For this, the invention relates to a method for estimating the direction arrival of navigation signals reflected by walls before arriving at a GNSS satellite positioning system receiver, the system positioning system comprising at least one satellite capable of transmitting navigation signals, the receiver, placed in a mobile, being able to receive navigation signals and estimate the position of said receiver, the process being characterized in that it comprises the following stages:
at. place an antenna array comprising at least two antennas on mobile, b. place a three-dimensional map in the receiver mobile, c. estimate a position of the receiver from signals from navigation received by an antenna from the antenna network, d. from the three-dimensional map and position estimated by the receiver, to be positioned on a stage corresponding to an environment in which the receiver and to launch a ray of launching from the receiver, e. deduce, geometrically, from the result of the ray tracing, the number of paths reflected on walls present in the scene, f. select an algorithm for estimating the angles of arrival of multi-path, multi-path corresponding to reflected signals by walls, initialize this algorithm by the number of paths reflections determined in step e and deduce the angles of arrival reflected paths on the walls.

6 Avantageusement, les angles d'arrivée des multi-trajets sont déterminés, par l'algorithme sélectionné, à partir d'une analyse des signaux reçus par chacune des antennes du réseau d'antennes.
Avantageusement, avant de réaliser l'étape c relative à l'estimation de la position du récepteur, le procédé comporte une étape préliminaire consistant à estimer une erreur d'information de distance due à un multi-trajet, l'étape préliminaire consistant :
à estimer une première pseudo-distance correspondant à une première information de distance entre le satellite et le récepteur obtenue à partir d'un traitement du signal reçu par une première antenne du réseau d'antennes, à estimer une deuxième pseudo-distance correspondant à une deuxième information de distance entre le satellite et le récepteur obtenue à partir d'un traitement du signal reçu par une deuxième antenne du réseau d'antennes, à réaliser une différence entre les deux estimations obtenues aux étapes a et b et en déduire un écart type mathématique correspondant à cette différence, à borner l'erreur d'information de distance due à un multi-trajet par un indicateur dépendant de l'écart type mathématique.
Un aspect de l'invention concerne un procédé d'estimation de la direction d'arrivée de signaux de navigation sur un récepteur après réflexion par des parois dans un système de positionnement par satellite GNSS, le système de positionnement comportant au moins un satellite apte à émettre des signaux de navigation par l'intermédiaire d'un réseau d'antennes comportant au moins deux antennes, le récepteur, placé dans un mobile, étant apte à recevoir les signaux de navigation et à estimer la position dudit récepteur, le procédé comportant les étapes suivantes:
a. placer le réseau d'antennes sur le mobile, b. placer une carte géographique tridimensionnelle dans le récepteur du mobile, _ 6a c. estimer une position du récepteur à partir des signaux de navigation reçus par une antenne du réseau d'antennes, d. à partir de la carte géographique tridimensionnelle et de la position estimée du récepteur, à se positionner sur une scène correspondant à un environnement dans lequel se trouve le récepteur et à réaliser un lancé de rayon partant du récepteur, e. déduire, géométriquement, à partir du résultat du lancé de rayon, le nombre de trajets réfléchis sur des parois de bâtiments présentes dans la scène, f. sélectionner un algorithme d'estimation des angles d'arrivée de multi-trajets, les multi-trajets correspondant à des signaux réfléchis par des parois, initialiser cet algorithme par le nombre de trajets réfléchis déterminés à l'étape e et en déduire les angles d'arrivée des trajets réfléchis sur les parois avant d'atteindre le récepteur à partir d'une analyse des signaux reçus par chacune des antennes du réseau d'antennes.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la suite de la description donnée à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés qui représentent :
- figure 1 : un schéma d'un exemple de système routier typique, selon l'invention ; 6 Advantageously, the angles of arrival of the multi-paths are determined, by the selected algorithm, from an analysis of the signals received by each of the antennas of the antenna network.
Advantageously, before performing step c relating to the estimation of the position of the receiver, the method comprises a preliminary step consisting in estimating a mistake distance information due to a multi-trip, the preliminary step consisting of:
to estimate a first pseudo-distance corresponding to a first distance information between the satellite and the receiver obtained from processing of the signal received by a first antenna on the network antenna, to estimate a second pseudo-distance corresponding to a second distance information between the satellite and the receiver obtained from signal processing received by a second network antenna antenna, to make a difference between the two estimates obtained in the steps a and b and deduce a mathematical standard deviation corresponding to this difference, to limit the error of distance information due to a multi-path by a indicator depending on the mathematical standard deviation.
One aspect of the invention relates to a method for estimating the direction arrival navigation signals on a receiver after reflection by walls in a system GNSS satellite positioning system, the positioning system comprising the at least one satellite capable of transmitting navigation signals by through a antenna array comprising at least two antennas, the receiver placed in a mobile, being able to receive navigation signals and estimate the position of said receiver, the method comprising the following steps:
at. place the antenna array on the mobile, b. place a three-dimensional geographic map in the receiver of the mobile, _ 6a c. estimate a position of the receiver from the navigation signals received through an antenna of the antenna network, d. from the three-dimensional map and position estimated from receiver, to position oneself on a stage corresponding to an environment in which is the receiver and to launch a ray of ray starting from the receiver, e. deduce, geometrically, from the result of the ray tracing, the number of reflected paths on walls of buildings present in the scene, f. select a multi-arrival angle estimation algorithm routes, the multi-paths corresponding to signals reflected by walls, initialize this algorithm by the number of reflected paths determined in step e and in deduct angles of arrival of the paths reflected on the walls before reaching the receiver from an analysis of the signals received by each of the antennas in the antenna array.
Other features and advantages of the invention will become clear in the continuation of the description given by way of purely illustrative example and not limiting, in reference to the attached schematic drawings which represent:
- Figure 1: a diagram of an example of a typical road system, according to the invention;

7 figure 2: Un exemple illustrant la détermination de la position d'un mobile équipé d'un récepteur GNSS, selon l'invention ;
figure 3 : un schéma illustrant un environnement urbain, selon l'invention ;
figure 4: un exemple de réseau d'antennes, selon l'invention.
La figure 1 représente un schéma d'un exemple de système routier typique comportant deux routes R1, R2 possibles. La route R1 est une route payante, la route R2 est non payante. Plusieurs mobiles équipés d'un récepteur GNSS, circulent sur la route R1 payante. Les positions P1 à Pi, où
i est un nombre entier supérieur à 1, des différents mobiles déterminées par les récepteurs GNSS de chaque mobile, sont affectées d'erreurs. Les erreurs commises peuvent induire une erreur de jugement quant à la route empruntée et par suite une fausse facturation.
Un exemple de détermination de la position d'un mobile équipé d'un récepteur GNSS 4 est représenté schématiquement sur la figure 2. Le récepteur 4 détermine les distances di, d2,..., dn, où n est un nombre entier supérieur ou égal à quatre, le séparant d'au moins quatre satellites 51, 52,..., 5n de la constellation, seuls trois satellites sont représentés sur la figure 2, puis en déduit le point d'intersection 14 d'au moins quatre sphères, centrées respectivement sur les quatre satellites et ayant une circonférence passant par le récepteur 4, chaque sphère ayant un centre matérialisé par la position d'un satellite 51 à 5n de la constellation et ayant un rayon correspondant à
l'une des distances dl à dn. La position du récepteur GNSS 4, donc du mobile équipé de ce récepteur 4, correspond à ce point d'intersection 14. La mesure des distances dl à dn est réalisée dans le récepteur 4 par chronométrage du temps d'arrivée de signaux radioélectriques constituant un message de navigation provenant des satellites 51à 5n. Les signaux radioélectriques émis par chaque satellite sont constitués d'informations nécessaires au calcul de la position du récepteur, ces informations étant 7 figure 2: An example illustrating the determination of the position a mobile equipped with a GNSS receiver, according to the invention;
Figure 3: a diagram illustrating an urban environment, according to the invention;
Figure 4: an example of antenna array, according to the invention.
Figure 1 shows a diagram of an example of a road system typical with two routes R1, R2 possible. Route R1 is a route toll road, route R2 is not toll road. Several mobiles equipped with a GNSS receiver, circulating on the paying R1 route. Positions P1 to Pi, where i is an integer greater than 1, of the different mobiles determined by GNSS receivers on each mobile are affected by errors. Mistakes committed may lead to an error in judgment as to the route borrowed and therefore false invoicing.
An example of determining the position of a mobile equipped with a GNSS receiver 4 is shown schematically in Figure 2. The receiver 4 determines the distances di, d2, ..., dn, where n is an integer greater than or equal to four, separating it from at least four satellites 51, 52, ..., 5n of the constellation, only three satellites are shown in the figure then deduce therefrom the point of intersection 14 of at least four spheres, centered respectively on the four satellites and having a passing circumference by the receiver 4, each sphere having a center materialized by the position from a satellite 51 to 5n of the constellation and having a radius corresponding to one of the distances dl to dn. The position of the GNSS 4 receiver, therefore of the mobile equipped with this receiver 4, corresponds to this point of intersection 14. The measurement of the distances dl to dn is carried out in the receiver 4 by timing of the arrival time of radio signals constituting a navigation message from satellites 51 to 5n. The signals radio signals emitted by each satellite consist of information necessary to calculate the position of the receiver, this information being

8 modulées par un code qui peut par exemple être un code d'étalement pseudo-aléatoire périodique. Le débit des informations est plus lent que le débit du code. A titre d'exemple, dans le cas d'un signal GPS, le code d'étalement possède une période de 1ms et un débit de 1023 bits par seconde alors que le débit des informations est de 50bits par seconde.
L'ensemble des données ajoutées modulo 2 au code d'étalement est transmis sur une porteuse. Typiquement, dans le cas d'un signal GPS, la porteuse est égale à 1,57542GHz. Les informations essentielles provenant de chaque satellite via le message de navigation et que doit traiter le récepteur 4 sont constituées par l'heure d'émission du message et la position du satellite à l'instant de l'émission du signal radioélectrique. D'autres informations sont également transmises par le satellite, telles que certaines corrections à apporter à l'horloge de bord du satellite, des paramètres de corrections de vitesse de propagation des signaux dans les couches de l'atmosphère terrestre et les positions approximatives des autres satellites de la constellation via des données dites d'almanachs. Le satellite transmet dans son message de navigation ses éphémérides (paramètres Kepleriens) permettant au récepteur 4 de calculer la position du satellite dans un référentiel lié à la Terre. Les éphémérides sont constituées dans le cas d'un signal GPS de 16 paramètres répétés toutes les 30 secondes dans le message de navigation.
La position du satellite étant obtenue, il reste au récepteur 4 à détecter l'heure d'émission du message afin de déduire le temps de propagation du signal émis par le satellite correspondant, la distance le séparant dudit satellite et le rayon de la sphère correspondante. L'heure d'émission du message est incluse dans le message de navigation diffusé par le satellite et dans le cas d'un système GPS, est répétée toutes les six secondes.
Cependant il convient d'appliquer à l'heure lue dans le message de navigation une correction d'horloge satellitaire afin de ramener l'heure transmise dans un système de référence commun à tous les satellites. Cette correction est transmise foutes les trente secondes. 8 modulated by a code which can for example be a spreading code periodic pseudo-random. Information flow is slower than debit code. For example, in the case of a GPS signal, the code spread has a period of 1 ms and a bit rate of 1023 bits per second while the data rate is 50bits per second.
All the data added modulo 2 to the spreading code is transmitted on a carrier. Typically, in the case of a GPS signal, the carrier is 1.57542GHz. Essential information from of each satellite via the navigation message and that the receiver 4 are constituted by the time of issue of the message and the position from the satellite at the time of transmission of the radio signal. other information is also transmitted by satellite, such as certain corrections to be made to the satellite on-board clock, signal propagation speed corrections in the layers of the Earth's atmosphere and the approximate positions of other satellites of the constellation via so-called almanac data. The satellite transmits in its navigation message its ephemeris (Keplerian parameters) allowing receiver 4 to calculate the position of the satellite in a Earth-related repository. The ephemeris are formed in the case of a GPS signal of 16 parameters repeated every 30 seconds in the navigation message.
The position of the satellite being obtained, it remains for the receiver 4 to detect the time of issue of the message in order to deduce the propagation time of the signal transmitted by the corresponding satellite, the distance separating it from said satellite and the radius of the corresponding sphere. The time of issue of message is included in the navigation message broadcast by the satellite and in the case of a GPS system, is repeated every six seconds.
However, the time read in the message must be applied.
navigation a satellite clock correction in order to bring back the time transmitted in a reference system common to all the satellites. This correction is transmitted every thirty seconds.

9 Lorsque l'heure d'émission du message est décodée et corrigée, le récepteur déduit le temps de propagation du signal radioélectrique par différence entre l'heure de réception et l'heure d'émission du message de navigation. Cette information, corrigée des erreurs de vitesse de propagation des signaux dans .. les différentes couches de l'atmosphère terrestre telles que l'Ionosphère, fournit au récepteur une estimation de la distance le séparant du satellite.
En utilisant les signaux provenant d'au moins quatre satellites 51 à 5n de la constellation, le récepteur 4 en déduit sa position 14, et donc celle d'un utilisateur mobile dans lequel il se trouve, par une méthode connue de triangulation.
En milieu urbain, comme représenté par exemple sur la figure 3, certains signaux 15a, 15c issus des satellites sont réfléchis par des parois de bâtiments 12a, 12b entourant le récepteur 4 et n'arrivent pas sur le récepteur 4, d'autres signaux 15b arrivent directement sur le récepteur 4 et d'autres signaux 15d arrivent sur le récepteur après avoir été réfléchis par des parois d'un bâtiment 12a tel qu'un immeuble par exemple. Pour éviter des erreurs de détermination des distances séparant un satellite du récepteur, il est important de pouvoir éliminer les signaux réfléchis sur des parois telles que des murs d'immeuble et ayant donc subi des trajets multiples 15d avant d'arriver sur le récepteur 4. Pour cela, l'invention consiste à utiliser un récepteur 4 placé sur un utilisateur mobile, par exemple un piéton ou un utilisateur se déplaçant dans un véhicule mobile, et un réseau d'antennes placé sur le mobile, par exemple sur le toit d'un véhicule, le réseau d'antennes permettant de déterminer les angles d'arrivée de signaux réfléchis sur des parois de bâtiments. Chaque antenne est respectivement reliée à une chaîne de traitement des signaux reçus par ladite antenne. Un exemple de réseau d'antennes comportant quatre antennes A1, A2, A3 et A4 est représenté sur la figure 4. Les quatre antennes sont espacées les unes des autres d'une distance égale à une demi-longueur d'onde A/2 et sont décorrélées les unes des autres. Chaque antenne peut par exemple être constituée d'un patch métallique et les quatre patchs métalliques correspondant aux quatre antennes peuvent être de même dimension et disposés en carré. Pour déterminer les trajets réfléchis sur des parois d'immeuble, il est nécessaire de connaitre le nombre de trajets réfléchis à
5 rechercher. Par exemple, lorsque le mobile se trouve près d'un mur, à cause de ce mur, une première partie du signal de navigation émis par un satellite qui atteint le récepteur a un trajet direct, une deuxième partie du signal atteint d'abord le mur puis est réfléchie sur le mur avant d'arriver sur le récepteur.

Lorsqu'il y a deux murs à proximité du récepteur, il peut y avoir deux 9 When the message transmission time is decoded and corrected, the receiver deduces the propagation time of the radio signal by difference between the time of reception and the time of transmission of the navigation message. This information, corrected for signal propagation speed errors in .. the different layers of the Earth's atmosphere such as the Ionosphere, provides the receiver with an estimate of the distance from the satellite.
In using signals from at least four satellites 51 to 5n of the constellation, the receiver 4 deduces therefrom its position 14, and therefore that of a mobile user in which he is, by a known method of triangulation.
In urban areas, as shown for example in Figure 3, some signals 15a, 15c from satellites are reflected by walls of buildings 12a, 12b surrounding the receiver 4 and do not reach the receiver 4, other signals 15b arrive directly on the receiver 4 and others 15d signals arrive on the receiver after being reflected by walls of a building 12a such as a building for example. To avoid mistakes determining the distances separating a satellite from the receiver, it is important to be able to eliminate the signals reflected on walls such as building walls and therefore having undergone multiple paths 15d before arriving at the receiver 4. For this, the invention consists in using a receiver 4 placed on a mobile user, for example a pedestrian or a user moving in a mobile vehicle, and an array of antennas placed on the mobile, for example on the roof of a vehicle, the network antennas to determine the angles of arrival of signals reflected on walls of buildings. Each antenna is respectively connected to a signal processing chain received by said antenna. A
example of an antenna array comprising four antennas A1, A2, A3 and A4 is shown in Figure 4. The four antennas are spaced apart others of a distance equal to half a wavelength A / 2 and are decorrelated from each other. Each antenna can for example be consisting of a metal patch and the four metal patches corresponding to the four antennas can be of the same dimension and arranged in a square. To determine the paths reflected on walls of building, it is necessary to know the number of trips reflected in 5 search. Through example, when the mobile is near a wall, because from this wall, a first part of the navigation signal emitted by a satellite which reaches the receiver has a direct path, a second part of the signal achieved first the wall then is reflected on the wall before reaching the receiver.

When there are two walls near the receiver, there may be two

10 réflexions successives sur les deux murs avant que le signal n'atteigne le récepteur.
Pour rechercher le nombre de trajets réfléchis, il est possible de procéder par itérations successives en faisant des hypothèses. Dans ce cas, la première hypothèse est qu'il y a un seul trajet réfléchi, puis deux trajets réfléchis, puis trois trajets réfléchis. A chaque itération, un algorithme est utilisé pour, à partir de l'information du nombre de trajets réfléchis, analyser le signal reçu par chacune des antennes du réseau et déterminer des angles d'arrivée des signaux réfléchis sur des parois d'immeubles. A la fin de chaque itération, un indicateur de qualité renseigne sur la fiabilité des angles d'arrivée obtenus. Lorsque toutes les itérations sont terminées, seule l'hypothèse ayant le meilleur indicateur de qualité est retenue. Ce procédé
fonctionne bien mais présente l'inconvénient d'être très long et très consommateur de temps de calcul.
Pour rechercher le nombre de trajets réfléchis, le procédé selon l'invention consiste à utiliser une information de cartographie tridimensionnelle permettant à partir d'une position approximative du récepteur et pour chaque signal émis par un satellite, de déterminer le nombre de trajets réfléchis sur des parois avant de parvenir au récepteur.
Pour cela, le récepteur GNSS 4 est équipé d'une carte géographique tridimensionnelle. 10 reflections successive on both walls before the signal reaches the receiver.
To find the number of reflected paths, it is possible to proceed by successive iterations by making assumptions. In that case, the first assumption is that there is a single reflected path, then two paths reflected, then three reflected paths. At each iteration, an algorithm is used for, from the information on the number of reflected paths, analyze the signal received by each of the network antennas and determine angles of the signals reflected on the walls of buildings. At the end of each iteration, a quality indicator provides information on the reliability of angles of arrival obtained. When all the iterations are finished, only the hypothesis with the best quality indicator is used. This process works well but has the drawback of being very long and very consumer of computation time.
To find the number of reflected paths, the method according to the invention consists in using mapping information three-dimensional allowing from an approximate position of the receiver and for each signal sent by a satellite, determine the number of paths reflected on walls before reaching the receiver.
For this, the GNSS 4 receiver is equipped with a geographic map three-dimensional.

11 Pour une position donnée 14 du récepteur GNSS, à l'aide de la carte géographique tridimensionnelle, un lancé de rayon partant du récepteur est réalisé pour permettre de déterminer les différentes réflexions sur les parois, représentées graphiquement sous forme de facettes, des bâtiments entourant ledit récepteur. Le lancé de rayon est réalisé par un procédé
graphique classique, utilisé par exemple dans le domaine des jeux électroniques en trois dimensions, consistant à partir de deux points sur une scène, à rechercher tous les trajets rectilignes directs et réfléchis sur des facettes situées dans la scène qui permettent de relier géométriquement ces 113 deux points. Ainsi dans la figure 3, la connaissance de l'environnement en trois dimensions entourant le récepteur 4 permet de déterminer une réflexion provenant du satellite 51, suivant le trajet 15c du signal émis par le satellite 51.
La détermination des réflexions de signaux radiofréquence sur des murs réfléchissants obtenue à partir de la carte géographique tridimensionnelle n'est qu'approximative car les réflexions ne sont pas purement géométriques. En revanche, l'estimation ainsi réalisée permet de déterminer le nombre de réflexions principales. Leur angle d'arrivée et leur intensité
est en revanche peu fiable.
Selon l'invention, le résultat de l'estimation du nombre de multi-trajets obtenu par utilisation de la carte géographique tridimensionnelle est ensuite appliqué en entrée d'un algorithme d'estimation des angles d'arrivée des multi-trajets pour initialiser cet algorithme. A partir de l'information du nombre de trajets réfléchis, l'algorithme analyse alors le signal reçu par chacune des antennes du réseau et détermine des angles d'arrivée des signaux réfléchis sur des parois d'immeubles.
Le procédé selon l'invention permet une bonne estimation des angles d'arrivée des différents signaux réfléchis. Il permet, en appliquant une loi d'amplitude et de phase sur les canaux de réception des antennes du réseau d'antennes, d'atténuer le diagramme d'antenne dans lesdites directions d'arrivée desdits multi-trajets. Enfin, en fonction du nombre de multi-trajets 11 For a given position 14 of the GNSS receiver, using the map geographic three-dimensional, a ray of ray from the receiver is made to determine the different reflections on the walls represented graphically in the form of facets, buildings surrounding said receiver. The ray tracing is carried out by a process classic graphics, used for example in the field of games electronic in three dimensions, consisting of two points on a scene, to search for all direct rectilinear paths reflected on facets located in the scene that allow geometrically connecting these 113 two points. Thus in Figure 3, knowledge of the environment in three dimensions surrounding the receiver 4 makes it possible to determine a reflection from satellite 51, following the path 15c of the signal transmitted by the satellite 51.
Determining reflections of radiofrequency signals on walls reflective obtained from the three-dimensional geographic map is only approximate because the reflections are not purely Geometric. On the other hand, the estimate thus made makes it possible to determine the number of main reflections. Their angle of arrival and their intensity is however unreliable.
According to the invention, the result of the estimation of the number of multi-paths obtained by using the three-dimensional geographic map is then applied as input to an algorithm for estimating the angles of arrival of multi-path to initialize this algorithm. From the information of the number of reflected paths, the algorithm then analyzes the signal received by each of the network antennas and determines angles of arrival of the reflected signals on building walls.
The method according to the invention allows a good estimation of the angles arrival of the various reflected signals. It allows, by applying a law amplitude and phase on the reception channels of the network antennas antenna, attenuate the antenna pattern in said directions of arrival of said multi-paths. Finally, depending on the number of multipaths

12 considérés, et du nombre d'antennes du réseau d'antennes, le procédé selon l'invention permet d'estimer le résiduel de perturbation sur la mesure. Ce résiduel est un indicateur de qualité de la mesure de distance séparant le récepteur du satellite.
L'estimation des directions d'arrivée des multi-trajets ainsi que les méthodes de lancer de rayon sont complexes en nombre d'opérations calculatoires. Pour optimiser le procédé d'estimation des directions d'arrivée des multi-trajets, avantageusement, l'invention peut comporter une étape préliminaire consistant à estimer le niveau de multi-trajets avant de lancer le procédé d'estimation décrit ci-dessus. L'estimation du niveau de multi-trajets consiste à partir des signaux de navigation reçus sur au moins deux antennes différentes séparées d'une demi longueur d'onde et appartenant au réseau d'antennes, à déterminer deux informations de distance, appelées pseudo-distances, concernant la distance de séparation entre le récepteur et le satellite. Le procédé consiste ensuite à faire la différence entre les deux valeurs de pseudo-distances obtenues à partir des deux antennes. Dans le cas où le niveau de multi-trajets est faible, la différence entre des retards estimés par chacune des boucles de poursuite de code d'étalement associée à chaque antenne donne un résultat quasiment nul correspondant à un bruit de fond, ce bruit de fond correspondant au bruit thermique des 2 chaines de réception des deux antennes, dont une bonne approximation est fourni par un bruit blanc gaussien.
Dans le cas où le niveau de multi-trajets est élevé, la variance de la différence de retard délivrée par les boucles de poursuite de code d'étalement appliquées aux deux chaines radiofréquence différentes sera élevée. Soit pik la pseudo-distance mesurée par la boucle de code d'étalement traitant le signal du satellite k reçu par la première antenne, et soit p2k la pseudo-distance mesurée sur la boucle de code d'étalement 12 considered, and the number of antennas in the antenna array, the method according to the invention makes it possible to estimate the residual perturbation on the measurement. This residual is an indicator of the quality of the distance measurement separating the satellite receiver.
The estimation of the directions of arrival of the multi-routes as well as the ray tracing methods are complex in number of operations computational. To optimize the process for estimating directions of arrival advantageously, the invention may include a step preliminary consisting in estimating the level of multipath before launching the estimation method described above. Estimating the level of multipath consists of navigation signals received on at least two different antennas separated by half a wavelength and belonging to the antenna array, to determine two distance information, called pseudo-distances, concerning the separation distance between the receiver and the satellite. The process then consists in making the difference between the two pseudo-distance values obtained from the two antennas. In the where the level of multipath is low, the difference between delays estimated by each of the associated spreading code tracking loops each antenna gives an almost zero result corresponding to noise background, this background noise corresponding to the thermal noise of the 2 chains of reception of the two antennas, a good approximation of which is provided by a white Gaussian noise.
In the case where the level of multipath is high, the variance of the delay difference delivered by code tracking loops spreading applied to the two different radio frequency chains will be high. Let pik be the pseudo-distance measured by the code loop spreading processing the signal from satellite k received by the first antenna, and let p2k be the pseudo-distance measured on the spreading code loop

13 traitant le signal reçu par la seconde antenne. La différence dpk = PkI Pk2 représente la différence de chemin entre le satellite et les 2 antennes.
L'écart type, grandeur mathématique correspondant à la racine carrée de la variance, estimé sur cette différence, noté VE(Skik ) est un estimateur de la puissance du bruit ajouté par l'environnement.
Il en résulte que la précision de mesure de pseudo-distance sur une antenne E((5kik) peut être bornée par:
2 =
Cet indicateur permet de détecter la présence d'un environnement peu favorable et par suite de borner directement l'erreur de mesure de pseudo-distance.
Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. 13 processing the signal received by the second antenna. The difference dpk = PkI Pk2 represents the path difference between the satellite and the 2 antennas.
Standard deviation, mathematical quantity corresponding to the square root of the variance, estimated on this difference, noted VE (Skik) is an estimator of the power of the noise added by the environment.
As a result, the measurement accuracy of pseudo-distance on an antenna E ((5kik) can be limited by:
2 =
This indicator detects the presence of a poor environment favorable and therefore directly limit the pseudo measurement error distance.
Although the invention has been described in connection with modes of particular achievement, it is obvious that it is by no means limited and that it includes all the technical equivalents of the means described thus as their combinations if these fall within the scope of the invention.

Claims

The embodiments of the invention about which an exclusive right to property or lien is claimed are defined as follows:

1. Method for estimating the direction of arrival of navigation signals sure a receiver after reflection by walls in a positioning system through GNSS satellite, the positioning system comprising at least one satellite apt to transmit navigation signals via an antenna array comprising at least two antennas, the receiver, placed in a mobile, being apt receiving the navigation signals and estimating the position of said receiver, the process comprising the following steps:
at. place the antenna array on the mobile, b. place a three-dimensional geographic map in the receiver of the mobile, c. estimate a position of the receiver from the navigation signals received by an antenna of the antenna network, d. from the three-dimensional map and position estimated by the receiver, to position themselves on a stage corresponding to a environment in which the receiver is located and to launch a Ray starting from the receiver, e. deduce, geometrically, from the result of the ray tracing, the number of paths reflected on the walls of buildings present in the scene, f. select a multi-arrival angle estimation algorithm paths, multi-paths corresponding to signals reflected by walls initialize this algorithm by the number of reflected paths determined at step e and deduce the angles of arrival of the paths reflected on the front walls reaching the receiver from an analysis of the signals received by each of the antennas of antenna array.

2. Method according to claim 1, in which the angles of arrival of the multi-paths are determined, by the selected algorithm, from an analysis of the signals received by each of the antennas in the antenna array.

3. The method of claim 1, wherein before performing the step c relating to the estimation of the position of the receiver, the method comprises a step preliminary consisting in estimating a distance information error due to a multi-journey, the preliminary stage comprising:
Step 1; an estimate a first pseudo-distance corresponding to a first distance information between the satellite and the receiver obtained at go processing of the signal received by a first antenna of the antenna array, 2nd step; an estimate of a second pseudo-distance corresponding to second distance information between the satellite and the receiver obtained at from a processing of the signal received by a second antenna of the network antenna, realization of a difference between the two estimates obtained at steps 1 and 2 and deduct a mathematical standard deviation corresponding to this difference, bounding of the distance information error due to a multipath by a indicator depending on the mathematical standard deviation.